吳 濤

萊蕪鋼鐵集團(tuán)板帶廠，山東萊蕪 271126

帶鋼WINCC服務(wù)器的開發(fā)與應(yīng)用

吳 濤

萊蕪鋼鐵集團(tuán)板帶廠，山東萊蕪 271126

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，新的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，根據(jù)帶鋼設(shè)備實(shí)際情況，研究開發(fā)了帶鋼WINCC服務(wù)器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多用戶資源共享，使技術(shù)管理人員及時(shí)掌握設(shè)備情況、控制設(shè)備，為安全生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)保障。

PLC監(jiān)控系統(tǒng)；多用戶資源共享；WINCC服務(wù)器系統(tǒng)

1 技術(shù)方案的確定與研究

帶鋼現(xiàn)采用一般的計(jì)算機(jī)控制帶鋼設(shè)備PLC監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信號的采集、控制涉及主軋區(qū)的所有主要設(shè)備的各個控制回路，各類信號包括開關(guān)量、模擬量、脈沖量，點(diǎn)多面廣，而且隨著設(shè)備的更新改造，需要采集的信號越來越多，采用WINCC操作系統(tǒng)，單臺計(jì)算機(jī)已經(jīng)無法滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、查詢和參數(shù)的修改，不能及時(shí)記錄設(shè)備故障，延誤了生產(chǎn)。況且現(xiàn)在的普通計(jì)算機(jī)只允許少量的用戶訪問，無法通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多用戶資源共享，不能使本車間技術(shù)管理人員及時(shí)掌握設(shè)備情況、控制設(shè)備、設(shè)備信息不能及時(shí)反饋，延誤處理時(shí)間。

2 技術(shù)方案

2.1 總體技術(shù)思路

建立可靠、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)服務(wù)器控制PLC監(jiān)控系統(tǒng)，在主控室設(shè)立一臺服務(wù)器，在精軋區(qū)、粗軋區(qū)分別設(shè)立兩臺HMI工控計(jì)算機(jī)作為分站，負(fù)責(zé)對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。服務(wù)器響應(yīng)分站請求，并為分站提供應(yīng)用服務(wù)，信息的流動方向是：分站--服務(wù)器，服務(wù)器——分站。分站和服務(wù)器典型的調(diào)用如圖1所示。

圖1

主控服務(wù)器可用于顯示不同畫面（內(nèi)容），兩臺HMI系統(tǒng)均配以WINCC 6.2工業(yè)組態(tài)軟件，可以實(shí)現(xiàn)對整個軋線的在線監(jiān)控，工藝生產(chǎn)參數(shù)設(shè)定、各種歷史數(shù)據(jù)的存儲分析，并形成各種歷史趨勢記錄曲線，為設(shè)備故障、質(zhì)量生產(chǎn)事故分析提供依據(jù)。對軋機(jī)等設(shè)備進(jìn)行必要的操作控制、參數(shù)設(shè)定修正，動態(tài)的顯示圖畫圖表，同時(shí)具備故障報(bào)警、顯示、存儲及打印等功能。根據(jù)需要，可采用模型理論計(jì)算與系統(tǒng)自學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)修正相結(jié)合的方法，形成各種規(guī)格的軋制工藝參數(shù)表，并能方便地進(jìn)行人工修改，主從站通訊網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)形式組建。

2.2 技術(shù)方案

整個系統(tǒng)分三級，第一級包括1臺服務(wù)器，3臺HMI工控計(jì)算機(jī)，第二級過程控制級為S7-400、S7-300 PLC，其余為第三級；前兩級負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的最終處理和系統(tǒng)管理，第三級負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳送。通訊網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)。

2.2.1 過程自動化系統(tǒng)組成

過程自動化系統(tǒng)有3臺HMI、1臺服務(wù)器組成?？梢詫?shí)現(xiàn)對整個軋線的在線監(jiān)控，工藝生產(chǎn)參數(shù)設(shè)定、各種歷史數(shù)據(jù)的存儲分析，并形成各種歷史趨勢記錄曲線，為設(shè)備故障、質(zhì)量生產(chǎn)事故分析提供依據(jù)；對軋機(jī)等設(shè)備進(jìn)行必要的操作控制、參數(shù)設(shè)定修正，動態(tài)的顯示圖畫圖表，同時(shí)具備故障報(bào)警、顯示、存儲及打印等功能。根據(jù)需要，可采用模型理論計(jì)算與系統(tǒng)自學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)修正相結(jié)合的方法，形成各種規(guī)格的軋制工藝參數(shù)表，并能方便地進(jìn)行人工修改。

2.2.2 自動化系統(tǒng)的連接 -工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)

以太網(wǎng)作為連接操作員站、工程師站和自動化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線。實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)與過程自動化系統(tǒng)之間及 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)各PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，以太網(wǎng)在物理層上采用高防護(hù)等級的通訊線纜或光纖傳輸，為工業(yè)用戶提供高水平的通訊方案。以太網(wǎng)通訊速率100M/s，采用了全雙工并行(FDX)通訊模式。在主控室、精軋區(qū)、粗軋區(qū)設(shè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成交換式快速以太網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)效率與網(wǎng)絡(luò)帶寬。

2.3 過程自動化系統(tǒng)功能

HMI設(shè)備是安裝在各個操作室和計(jì)算機(jī)室的PC機(jī)。CRT畫面分成顯示畫面和輸入畫面兩種類型。操作人員通過顯示畫面了解過程控制的有關(guān)信息。操作人員通過輸入畫面和鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入必要的數(shù)據(jù)和命令。軋機(jī)的人機(jī)接口（HMI）通過以太網(wǎng)相互之間連接，并與基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)連接，采用標(biāo)準(zhǔn)的圖形化界面。熱連軋系統(tǒng)的運(yùn)行方式以全自動方式為主，在特殊情況下，系統(tǒng)接收HMI的設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行半自動軋鋼。

2.3.1 參數(shù)設(shè)定

主要包括各機(jī)架速度、機(jī)架間張力、活套角度、輥徑等。所有的設(shè)定值，在設(shè)定計(jì)算完了后，立即傳遞給L1，具體執(zhí)行控制的時(shí)序由L1決定。

2.3.2 狀態(tài)變量顯示。

軋件動態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤顯示，歷史變量紀(jì)錄（示波器功能），顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，所有設(shè)備的工作方式、狀態(tài)，來自現(xiàn)場監(jiān)測元件的設(shè)備位置、狀態(tài)等信號，電壓、電流、速度、轉(zhuǎn)矩、溫度、位置等連續(xù)變量顯示。

2.3.3 事故報(bào)警

將故障、事故分為3大類，即報(bào)警、故障、重故障，根據(jù)設(shè)備問題發(fā)生可能造成的影響的嚴(yán)重性及輕重緩急，確定事故分類，同時(shí)引入故障動態(tài)智能變級，如稀油壓力或流量瞬時(shí)低于設(shè)定系統(tǒng)報(bào)警，持續(xù)一定時(shí)間轉(zhuǎn)為故障（根據(jù)軋機(jī)是否含鋼判斷是否停軋），超過一定時(shí)間升為重故障，要立即停軋。

2.3.4 故障診斷

通過故障診斷功能系統(tǒng)為用戶提供了迅速找到是故障點(diǎn)，最大限度降低故障時(shí)間的手段。故障報(bào)警信號、重要狀態(tài)信號（發(fā)生、消失時(shí)間）記錄、存儲，有單行狀態(tài)提示和完整窗口查詢。提供重要工藝、設(shè)備運(yùn)行變量趨勢分析，歷史數(shù)據(jù)追憶。配有系統(tǒng)配置模擬圖和操作臺、箱模擬圖，所有I/O信號、操作元件均可在任一MMI上作形象直觀檢查判斷。

2.3.5 趨勢分析

以趨勢圖、柱狀圖等方式，實(shí)時(shí)（或追憶）顯示速度、電壓、電流、軋件溫度等工藝及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)（模擬量），并記錄存儲，供分析打印。電機(jī)溫度、軸承溫度的動態(tài)趨勢顯示、記錄和追憶功能，報(bào)警、故障點(diǎn)數(shù)值的設(shè)定、顯示、報(bào)警?？蛇x擇窗口顯示曲線的數(shù)量、類型、單位、坐標(biāo)等方便不同信號件的對比分析，有利于故障診斷和工藝優(yōu)化。

2.3.6 操作冗余

在軋線主操作室冗余度選件能使二個冗余的WINCC 6.0站同時(shí)運(yùn)行，以保證連續(xù)的過程和操作員控制。如果兩個站中的一個發(fā)生故障，另一個就接替報(bào)表傳送和過程值的歸檔。當(dāng)故障站恢復(fù)運(yùn)行后，在該站不工作時(shí)所采集的全部過程值檔案和報(bào)文都復(fù)制到現(xiàn)在恢復(fù)運(yùn)行的站上。從而再一次可同時(shí)運(yùn)行二個相同的WINCC站。用這種概念來配置冗余管理下的所有過程值檔案和報(bào)文，從而保證了數(shù)據(jù)完整性。在客戶機(jī)/ 服務(wù)器方式，客戶機(jī)自動地從故障的服務(wù)器切換到冗余的配合站。在短暫的切換周期后，所有運(yùn)行的站又繼續(xù)工作。為了簡化配置，可使用項(xiàng)目復(fù)制器，它將所有配置數(shù)據(jù)復(fù)制到配合站，并相應(yīng)地加以匹配。

3 結(jié)論

帶鋼WINCC服務(wù)器改造完成投入使用以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定?？梢噪S時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)信號的采集，及時(shí)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取更多的設(shè)備信息，為故障的處理提供更可靠的技術(shù)資料，實(shí)現(xiàn)了多用戶資源共享， 使技術(shù)管理人員及時(shí)掌握設(shè)備情況、控制設(shè)備，為安全生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)保障，帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 崔維群，孫啟法.S7-300/400可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社2008.

[1] 劉建昌，杜平，等.S7-300/400 PLC工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)指南[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

TP393

A

1674-6708（2010）18-0141-02